CN216878745U - 一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置 - Google Patents

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杨凤林
王燕
杨晨
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Abstract

本实用新型公开了一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，包括臭氧发生器下部的冷却水进水口与冷却水池出口相连，所述冷却水池进口连回至臭氧发生器下部的冷却水出水口，所述臭氧发生器下部的臭氧出气口连接至预混罐顶部的进气口，在预混罐外部覆盖有加热装置a，所述预混罐下部的出气口连接至催化塔底部的入口，所述催化塔顶部的出口连接有臭氧尾气破坏器和风机，在催化塔内部设有催化剂承托板，该催化剂承托板上承载有催化剂填充层，所述催化塔外部在催化剂填充层位置覆盖有加热装置b。本装置能够实现在常温或低温的条件下对高浓度VOCs废气进行高效降解，根本上解决了在处理高浓度VOCs废气过程中能耗过高、风险性较大的问题。

Description

一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置
技术领域
本实用新型涉及废气处理技术领域，具体涉及一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置。
背景技术
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)通常是指在大气压(101.325kPa)下沸点低于250℃的易挥发有机化合物。大多数排放到大气中的VOCs都可以导致二次污染物的形成，例如对流层中的臭氧、过氧乙酰硝酸盐以及次生有机气溶胶。它们是大气中PM2.5 和PM10形成的重要引物，同时本身也具有较强的毒性和致癌性，能够对人类健康产生严重的威胁。近几十年以来，人类社会得到了飞速发展，在全球高速城市化和工业化的同时，高浓度工业VOCs废气的排放量逐年增长。因此，对工业 VOCs污染进行有效的整治，关系到地球大气质量和全人类的健康。
针对工业生产所排放出的高浓度VOCs废气，许多研究者已经尝试了很多种处理方式。生物降解方式是在适宜的环境下，以污染物中的有机成分作为微生物营养物质的来源，最终将其转化为无机盐、 CO2、H2O等小分子物质的一种处理方式。该方式主要包括微生物净化和植物净化两种，被认为是一种低成本、无二次污染的VOCs处理方式。虽然生物降解在应用上具备很多优势，但通常对污染物具有较高的选择性，对温度的变化也较为敏感，且需要较长的处理时间，因此目前仅被应用在低浓度或水溶性较好的VOCs废气处理中。等离子体放电方式是通过高电压放电形式，获得非热平衡等离子体从而产生自由基的一种废气处理技术。作为一种常温常压条件下即可实现 VOCs降解的方式曾被大范围的推广，但是在应用过程中逐渐暴露出了一些问题。例如，在处理高浓度VOCs时，处理效率常常无法达到标准。而受限制于等离子发生器的规模，该技术也难以实现大规模的应用。光催化是一种能够将太阳能转化为化学能或电能的清洁能源技术，在室温下，光催化分解对各种有机污染物具有广谱活性。但是，相对较低的量子效率，导致该技术的氧化能力受到限制。热焚烧方式是一种利用高温条件使VOCs充分燃烧，最终全部转化为无机小分子的技术。随着环保技术的不断发展，这种传统的VOCs处理方式在运行过程中的弊端逐渐暴露。首先，热焚烧技术的反应温度在1000℃以上，需要大量的能量来维持燃烧炉中的温度，运行费用较高。在处理气量大、浓度低的VOCs废气时，会造成大量的能源浪费。其次，在处理含卤、硫类的VOCs时很容易生成二噁英、二氧化硫等二次污染物。鉴于传统的热焚烧方式存在诸多弊端，催化燃烧技术逐渐进入到人们的视野中来。催化燃烧技术是在高活性的催化剂辅助下以较低的反应温度(200-500℃)完成VOCs的燃烧降解。不过，该技术所使用的催化剂在保证催化性能的同时也要兼顾蓄热的功能，这就使得催化剂材料的筛选较为苛刻，限制了它的大规模推广。鉴于上述问题，亟需开发出能够在常温常压下高效安全降解高浓度VOCs废气的处理装置以实现工业VOCs废气的清洁治理。
臭氧是标准氧化还原电势为2.07eV的强氧化剂，氧化能力略低于·OH(2.8eV)。臭氧本身是一种环境友好型氧化物质，其可依靠空气中氧气原位制得，并且反应后的分解产物也仅为氧气不会给环境带来后续负担。但由于臭氧本身氧化能力较弱，很难通过单独的臭氧氧化技术将VOCs污染物完全氧化为CO2和H2O。
实用新型内容
针对现有技术存在上述问题，本实用新型提供一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，能够实现在常温或低温的条件下对高浓度VOCs废气进行高效降解，根本上解决了在处理高浓度 VOCs废气过程中能耗过高、风险性较大的问题。
为实现上述目的，本申请提出一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，包括臭氧发生器、预混罐、催化塔；所述臭氧发生器下部的冷却水进水口通过冷却水泵与冷却水池出口相连，所述冷却水池进口连回至臭氧发生器下部的冷却水出水口，所述臭氧发生器下部的臭氧出气口通过臭氧气体流量计连接至预混罐顶部的进气口，在预混罐外部覆盖有加热装置a，所述预混罐下部的出气口连接至催化塔底部的入口，所述催化塔顶部的出口连接有臭氧尾气破坏器和风机，在催化塔内部设有催化剂承托板，该催化剂承托板上承载有催化剂填充层，所述催化塔外部在催化剂填充层位置覆盖有加热装置b。
进一步的，所述臭氧发生器下部的氧气进气口与液氧罐相连，由液氧罐提供氧气源。
进一步的，所述预混罐与催化塔材质均为不锈钢。
进一步的，所述臭氧气体流量计用于调节进入到预混罐内部的臭氧气体流量。
进一步的，所述预混罐顶部的进气口与VOCs废气气源之间设有 VOCs废气气体流量计，用于调节进入到预混罐内部的VOCs废气流量。
进一步的，所述预混罐内部设有温度传感器a，所述催化塔内部设有温度传感器b。
进一步的，所述催化剂承托板材质为金属钛，表面具有阵列排布的气孔。
进一步的，所述臭氧尾气破坏器内部装有催化材料，当排出气体通过时，催化材料会持续产生热量从而分解气体中的剩余臭氧。
进一步的，所述风机为整个装置提供负压条件，保证装置内部气体流动方向。
更进一步的，所述催化塔内的催化剂填充层占催化塔总体积的 30％-50％。
更进一步的，所述催化剂填充层为负载型催化剂，载体为γ-Al2O3、煤质柱状活性炭、天然斜发沸石中的一种或两种以上混合；负载物为ZnFe2O4、CoFe2O4、MnFe2O4、CuFe2O4等铁基尖晶石结构的过渡金属复合氧化物，可根据具体情况加以调整。
更进一步的，所述冷却水池内存放的冷却水要求其COD＜20 mg/L、SS＜10mg/L且无其他污染物质的存在，水温维持在40℃以下。
更进一步的，所述预混罐、催化塔的工作温度均维持在65℃以下。
作为更进一步的，VOCs废气进气管中的VOCs废气浓度应控制在800mg/m3以下。
作为更进一步的，所述催化臭氧氧化反应的反应时间为 30min～300min，根据具体的应用情况调整。
上述温度传感器、各流量计、泵、加热装置均与配电柜相连，用于控制电动设备的启动和停止。
本实用新型采用的以上技术方案，与现有技术相比，具有的优点是：(1)本实用新型所提出的利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs 废气的装置，能够在常温常压的条件下实现VOCs废气的高效降解，极大的降低了VOCs处理过程中的运行成本；(2)与目前常见的催化剂相比，本申请所使用的ZnFe2O4、CoFe2O4、MnFe2O4、CuFe2O4等铁基尖晶石结构的过渡金属复合氧化物催化剂具有更强的催化活性，能够对高浓度有机废气进行有效的降解。(3)本装置结构简单、可操作性强，根本上解决了在处理高浓度VOCs废气过程中能耗过高、风险性较大的问题。
附图说明
图1为利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置结构原理图；
图中序号说明：1配电柜；2VOCs废气进气管；3液氧罐；4冷却水池；5冷却水泵；6冷却水进水口；7冷却水出水口；8氧气进气口；9臭氧发生器；10臭氧出气口；11臭氧气体流量计；12VOCs 废气气体流量计；13预混罐；14进气口；15温度传感器a；16加热装置a；17出气口；18催化塔；19催化剂填充层；20加热装置b； 21催化剂承托板；22催化塔底部的入口；23催化塔顶部的出口；24 臭氧尾气破坏器；25温度传感器b；26风机。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请，即所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，包括臭氧发生器9、预混罐13、催化塔18。
在装置运行过程中，待处理的VOCs废气自VOCs废气进气管2 进入，经过VOCs废气气体流量计12后由进气口14进入到预混罐 13中。同时，臭氧发生器9可利用液氧罐3提供的氧气源，持续不断的产生臭氧气体。所述臭氧气体经过臭氧气体流量计11后同样由进气口14进入到预混罐13中。在预混罐13中，VOCs废气与臭氧充分的混合并一同被加热至设定温度。随后混合气体通过管路由催化塔底部的入口22进入催化塔18中，在催化剂填充层19完成氧化反应。最终，处理完的气体由催化塔顶部的出口23排出，在排出管路上的臭氧尾气破坏器24会持续分解出气中残留的臭氧气体。采用本实用新型的装置深度降解工业VOCs，具体实施例如下：
实施例1
某化工厂废气量为600000m3/d，主要成分为甲苯，浓度2000 mg/m3。原有的等离子体放电技术耗能较高且无法达到所需的降解要求。应用本实用新型的装置，在常温常压的条件下实现了对废气的高效降解，具体排气指标如表1所示。
表1某化工厂废气处理前后对比
Figure BDA0003452661400000071
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，其特征在于，包括臭氧发生器、预混罐、催化塔；所述臭氧发生器下部的冷却水进水口通过冷却水泵与冷却水池出口相连，所述冷却水池进口连回至臭氧发生器下部的冷却水出水口，所述臭氧发生器下部的臭氧出气口通过臭氧气体流量计连接至预混罐顶部的进气口，在预混罐外部覆盖有加热装置a，所述预混罐下部的出气口连接至催化塔底部的入口，所述催化塔顶部的出口连接有臭氧尾气破坏器和风机，在催化塔内部设有催化剂承托板，该催化剂承托板上承载有催化剂填充层，所述催化塔外部在催化剂填充层位置覆盖有加热装置b。
2.根据权利要求1所述一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，其特征在于，所述臭氧发生器下部的氧气进气口与液氧罐相连，由液氧罐提供氧气源。
3.根据权利要求1所述一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，其特征在于，所述预混罐与催化塔材质均为不锈钢。
4.根据权利要求1所述一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，其特征在于，所述预混罐顶部的进气口与VOCs废气气源之间设有VOCs废气气体流量计，用于调节进入到预混罐内部的VOCs废气流量。
5.根据权利要求1所述一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，其特征在于，所述预混罐内部设有温度传感器a，所述催化塔内部设有温度传感器b。
6.根据权利要求1所述一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，其特征在于，所述催化剂承托板材质为金属钛，表面具有阵列排布的气孔。
7.根据权利要求1所述一种利用催化臭氧氧化技术处理高浓度VOCs废气的装置，其特征在于，所述催化剂填充层占催化塔总体积的30％-50％。
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